AVLSoft

 

English

 

 

Win

KOI

DOS

home

 

 

 

 

 

 

e-mail

Дата последней модификации: 17 июня 2000 г.

Программы

 

 @

CAD/CAM/CAE

 

 

PC-Gael

 

SPAREXT

 

Утилиты

 

 

NETINFO

 

DBFViEd

 

PLAYFLI

 

PATCHFIL

 

SHOWMSG

LEFTRGHT

IBMTVAX

VAXTEXT

CONV2FIX

Библиотеки

 

 

Netware

 

 

DBLib

 

BFG

SPAREXT(tm)

Универсальный экстрактор параметров SPICE-моделей

За последние несколько лет широкое распространение получила программа моделирования электронных схем SPICE, став, фактически, мировым стандартом в своей области.  Эта программа с успехом применяется как при проектировании БИС/СБИС, так и при разработке различных схем на дискретных элементах.  Единственная трудность, возникающая при использовании программы SPICE, заключается в необходимости определения значений параметров моделей, встроенных в эту программу.  Существует два основных  способа идентификации (экстракции) значений параметров моделей.

Первый способ—определение значений параметров путем обработки экспериментальных данных, вид которых определяется физическим смыслом каждого параметра.  Такой путь делает задачу идентификации параметров трудновыполнимой, так как в этом случае отдельно для каждого параметра должна быть разработана своя методика идентификации, причем для многих параметров для этого недостаточно просто знать их физический смысл, необходимо учитывать особенности их использования в уравнениях модели.  Эти методики идентификации должны предполагать использование специальных тестовых структур практически для каждого параметра, что для некоторых параметров вообще невозможно.

От всех этих трудностей свободен второй способ.  Методом идентификации в этом случае является нелинейная многомерная оптимизация с ограничениями. В качестве исходных данных для экстракции используются одна или семейство вольт-амперных, вольт-фарадных или температурных (в зависимости от выбранной SPICE-модели) характеристик.  В ходе экстракции подбираются такие значения (из указанных диапазонов) требуемых параметров модели, при которых достигается максимально возможное приближение к экспериментальным значениям соответствующих величин рассчитанных по модели.  Это обеспечивается путем минимизации целевой функции, представляющей из себя, в общем виде, сумму по всем экспериментальным точкам квадратов разности экспериментальных и соответствующих модельных значений.  Этот способ идентификации параметров заложен в основу программы SPAREXT.

Основные характеристики

количество включенных методов оптимизации

7

 

количество различных видов целевой функции

5

 

количество включенных моделей

14

 

количество возможных типов экспериментальных зависимостей

15

 

максимальное количество одновременно идентифицируемых параметров

34

 

максимальное количество экспериментальных точек

1000

 

максимальное количество экспериментальных кривых

200

 

Методы оптимизации

В программу включены следующие методы оптимизации:

симплексный метод Нелдера-Мида;

метод Хука-Дживса;

метод Давидона-Флетчера-Пауэлла;

метод Флетчера-Ривса;

метод прямого поиска;

метод Марквардта-Левенберга;

модифицированный метод наименьших квадратов.

Виды целевой функции

В программе реализованы три типа целевой функции, один из которых имеет, в свою очередь, три подтипа.

Ниже использованы следующие обозначения:

Fobj

— целевая функция;

М

— количество экспериментальных точек;

Xэксп.i

— измеренное значение;

Xмодельi

— вычисленное значение, соответствующее Xэксп.i

Тип 1

Функция абсолютной ошибки:

Fobj = SUMMA[ ( Xмодель[i] - Xэксп.[i] )**2 ], i=1...М

(1)

Функция относительной ошибки:

Fobj = SUMMA[ { ( Xмодель[i] - Xэксп.[i] ) / Xэксп.[i] }**2 ], i=1...М

(2)

Функция разностей с весами, указываемыми пользователем:

Fobj = SUMMA[ { ( Xмодель[i] - Xэксп.[i] ) / Xвес[i] }**2 ], i=1...М

(3)

Тип 2

Fobj = SUMMA[ { ( Xмодель[i] - Xэксп.ср. ) / Xэксп.ср. }**2 ], i=1...М

(4)

 где

Xэксп.ср. = SUMMA[ Xэксп.[i] ] / M, i=1...М

 

Тип 3

Симметричная функция относительной ошибки:

Fobj = SUMMA[ { ( Xмодель[i] - Xэксп.[i] ) / Xэксп.[i] }**2 + { ( Xэксп.[i] - Xмодель[i] ) / Xмодель[i] }**2 ], i=1...М

(5)

Значение любого из приведенных видов целевой функции может быть нормировано. Нормирование проводится по следующей формуле:
Fobj = SQRT( Fobj ) / M,, где Fobj под корнем -- значение рассчитанное по одной из формул (1)-(5).

Модели электронных элементов

Ниже перечислены все включенные модели (для каждой модели приведен список параметров).

MOSFET1 — SPICE-модель МОП транзистора (N и P-канального) 1-го уровня:  Vds,  Vgs,  Vsb, TMP, Tnom, Gmin, Lm, Wm, Ad, As, NRd, NRs, Rsh, Rd, Rs, Vto, KP, Gamma, Phi, Lambda, Ld, Wd, Is, Js.

MOSFET2 — SPICE-модель МОП транзистора (N и P-канального) 2-го уровня:  Vds,  Vgs,  Vsb, TMP, Tnom, Gmin, Lm, Wm, Ad, As, NRd, NRs,  Rsh, Rd, Rs, Vto, Gamma, Phi, PB, Tox, Nsub, Nfs, Xj, Ld, Wd, Uo, Ucrit, Utra, Uexp, Vmax, Neff, Delta, Is, Js.

MOSFET3 — SPICE-модель МОП транзистора (N и P-канального) 3-го уровня:  Vds,  Vgs,  Vsb, TMP, Tnom, Gmin, Lm, Wm, Ad, As, NRd, NRs,  Rsh, Rd, Rs, Vto, Gamma, Phi, Tox, Nsub, Nfs, Xj, Ld, Wd, Uo, Vmax, Delta, Is, Js, Eta, Theta, Kappa.

MOSAID — модель МОП транзистора (N и P-канал):  Vds,  Vgs,  Vsb, Lm,  Wm, DL, DW, Vto, Theta, KAPO, Rsm, CM, Kd, Be, Bi, Ks, Kn, Fermi.

CASMOS — модель МОП транзистора (N и P-канал):  Vds,  Vgs,  Vsb, Rd,  Rs,  Lm,  Wm, DL, DW, Vto, Phi, Beta00, Kinf, THinf, Etan, Ai, Li, Ak, Bk, ATheta, BTheta, AlphaN, Csat, Lsat.

BJT — SPICE-модель биполярного транзистор (NPN и PNP): Vbe, Vbc, TMP,  Tnom,  Gmin,  Is, Bf, Nf, Vaf, Ikf, Ise, Ne, Br, Nr, Var, Ikr, Isc, Nc, Rb, Irb, Rbm, Re, Rc, Xtb, Eg, Xti.

JFET — SPICE-модель полевого транзистора с управляющим pn-переходом (N и P-канал):  Vds,  Vgs,  TMP,  Tnom,  Gmin, Vto, Beta, Lambda, Rd, Rs, Rg, Is.

GASFET — PSpice-модель полевого n-канального GaAs транзистора: Vds,  Vgs,  TMP, Tnom, Eg, Gmin, Vto, Alpha, Beta, Lambda, Exp, Rd, Rs, Rg, Is.

DIODE — SPICE-модель диода: Vbias, TMP, Tnom, Gmin, Is, Rs, Ncoef, Eg, Xti, BV, Ibv.

DCAP — SPICE-модель емкости плоского pn-перехода:  Vbias,  TMP, Tnom, Vj, Cj0, Mcoef, Fc.

PNCAP — SPICE-модель емкости сток/истокового pn-перехода МОП транзистора:  Vbias,  TMP,  Tnom, AREA, PRMT, Vj, Cj, Mj, Cjsw, Mjsw, Fc.

RES — температурная SPICE-модель резистора:  TMP, Tnom, Rs, Tc1, Tc2, Tce.

CAP — полиномиальная SPICE-модель конденсатора:  Vbias,  TMP, Tnom, Tc1, Tc2, Npol.

IND — полиномиальная SPICE-модель индуктивности:  Ithru,  TMP, Tnom, Tc1, Tc2, Npol.

Типы экспериментальных зависимостей

Программа допускает работу со следующими типами экспериментальных характеристик электронных элементов:

для МОП и полевых транзисторов (модели MOSFET1, MOSFET2, MOSFET3, MOSAID,  CASMOS,  JFET,  GASFET): Ids(Vds), Gds(Vds), Ids(Vgs), lg(Ids(Vgs));

для биполярных транзисторов (модель BJT): Ic(Vce),  Ib(Vbe), Ic(Vbe), lg(Ib(Vbe)), lg(Ic(Vbe));

для диодов (модель DIODE): Id(Vbias), lg(Id(Vbias));

для диодных емкостей (модели DCAP и PNCAP): C(Vbias), lg(C(Vbias));

для конденсаторов (модель CAP): C(Vbias);

для резисторов (модель RES): R(Tmp);

для индуктивностей (модель IND): L(Ithru).

Здесь: Ids  — ток стока;
           Gds — дифференциальная проводимость: Gds(Vds)=(Ids(Vds+Vdincr)–Ids(Vds))/Vdincr;
           Vds, Vgs — напряжения сток-исток и затвор-исток соответственно;
           Ib, Ic — токи базы и коллектора соответственно;
           Vbe, Vce, Vbc — напряжения база-эмиттер, коллектор-эмиттер, база-коллектор соответственно;
           Id  — ток диода;
           Vbias — напряжение смещения на диоде;
           C — емкость;
           R — сопротивление;
           Tmp — температура;
           L — индуктивность;
           Ithru — ток через индуктивность.

 

Более подробно о программе можно узнать из руководства пользователя, загрузив его с этого сайта (см. ниже).

В настоящее время поддерживаются две компьютерные платформы:

IBM PC: SPAREXT Версия 1.31 /PC/ (Build 126/990616) для DOS/386 и Win32;

VAX/VMS: SPAREXT Версия 1.3 (VAX/VMS) (25.03.92)

Все эти версии функционально эквивалентны.

Руководства пользователя можно скачать здесь:

Download: SPAREXT Версия 1.31 /PC/ Руководство пользователя   (ZIP-файл 16161 байт)

Download: SPAREXT Версия 1.3 (VAX/VMS) Руководство пользователя   (ZIP-файл 33224 байт)

Для IBM PC существует DEMO версия, функционально эквивалентная коммерческой. Отличие состоит лишь в том, что в DEMO версии ограничены следующие параметры: максимальное количество экспериментальных точек (20); максимальное количество экспериментальных кривых (5).

Download: SPAREXT Версия 1.31 /PC/ DEMO (Build 126/990616)   (ZIP-файл 749938 байт)

По всем вопросам, пожалуйста, присылайте сообщения по E-Mail на адрес avl@beep.ru.

Copyright © 2000 Alexander V. Loukyanets, All Rights Reserved.